(57)【要約】【課題】バイアス荷電ロール（ＢＣＲ）等の荷電デバイスによる電圧ＶHを安定に保ちつつ、荷電デバイスフォトレセプタ等の電荷保持部材におけるイメージング面の劣化を防ぐ。【解決手段】  イメージング面を提供する電荷保持部材及び当該イメージング面上を荷電させる荷電デバイスを備える静電写真印刷装置を動作させるに際して、バイアス印加用の電源を印加し、この電源印加に応じ荷電デバイスに対しバイアスを印加する。このバイアスは、バースト変調波形を含む直流オフセット交流波形とする。バイアスを発生させるには、例えば、周波数Ｆ２のバースト周波数を発生させ、バースト周波数Ｆ２によりキャリア周波数Ｆ１をゲートオンオフする。その際、例えば、バースト周波数Ｆ２を固定とし、キャリア周波数Ｆ１を可変とする。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージング面を提供する電荷保持部材及び当該イメージング面上を荷電させる荷電デバイスを備える静電写真印刷装置を、動作させる方法であって、
バイアス印加用の電源を印加するステップと、この電源印加に応じ上記荷電デバイスに対しバイアスを印加するステップと、を有し、
上記バイアスが、バースト変調波形を含む方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、バイアス印加ステップが、上記バースト変調波形を発生させるべくバースト周波数を発生させるステップを含む方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、バースト周波数発生ステップが、バースト周波数によりキャリア周波数をゲートオンオフすることにより発生させた直流オフセット交流波形をバイアスとして印加するステップを含む方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、バースト周波数発生ステップが、固定のバースト周波数、可変のキャリア周波数にて、直流オフセット交流波形を発生させるステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真印刷装置に関し、特に、その種の装置において用いられるフォトレセプタ等の荷電レセプタの有用寿命を延長するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真等の静電写真印刷手法においては、フォトレセプタ（ＰＲ）等の荷電レセプタ上に静電潜像が形成される。周知の通り、この種の装置においては、ＰＲは、複写乃至印刷対象画像に相応した画像が形成されるよう放電され、形成された潜像はトナーにより現像される。現像により得られたトナー画像は更に印刷シート上に転写される。転写されたトナー画像は、溶融によって当該印刷シート上に固着される。
【０００３】
この印刷プロセス中の荷電ステップには、バイアス荷電ロール（ＢＣＲ）によりＰＲを接触荷電させるサブステップが含まれている。ＢＣＲの主たる利点は、フットプリントの程度が軽いことである。従って、ＢＣＲは、小体積又は中体積の白黒及びカラーマシンにて用いられる小径有機感光体（ＯＰＣ）ドラムを荷電するのに、適していると言える。また、ＢＣＲ荷電は、従来から、ＤＣオフセットを伴うＡＣ励起波形を基に行われている。これは、交流ピーク・トゥ・ピーク電圧ＶPPがしきい値電圧Ｖthより高い場合であっても、直流バイアスにより制御される安定な高電圧ＶHが得られるためである。背景雑音解消やハーフトーン均質性向上等といった観点からすれば、印刷品質（ＰＱ）を向上させるには、ＶPP及び交流電流ＩACをそのしきい値よりも幾分か高くしなければならない。更に、特にタンデムカラー用等のＯＰＣドラムベースマシンにおいてはプロセススピードが増大する傾向にある。そのため、交流電流をより高周波とする必要が生じている。
【０００４】
しばしば言及されるように、従来型交流ＢＣＲ荷電の主たる短所は、ＰＲ面のごく近傍にて発生する交流コロナによりＰＲ面に品質劣化・摩耗が生じ、ＰＲ寿命を顕著に短縮してしまうことである。この問題に対処しＰＲ寿命を延長するため従来から行われている開発・検討としては、硬質ＰＲコートの開発、ＰＴＦＥ充填ＣＴＬ等の耐コロナ性電荷移転層（ＣＴＬ）素材の開発、直流やクリップド交流やパルスバイアス波形等の励起波形の検討、といったものがあり、これらはそれ相応の効果をあげている。中でも、直流ＢＣＲ荷電はＰＲ摩耗寿命を延長するのに非常に有効な手段であるが、一般にトナー及びＰＲ劣化生成物による汚濁に対するＢＣＲの感受性が高いため、実用が阻まれている。パルスバイアス及びクリップド交流励起波形はＰＲ摩耗寿命を大きく改善するが、この寿命の延長とＶHの安定化とは両立しない。ＶPP及びＩACが上昇するにつれＶHが単調に上昇するため、特に環境要因に対するＶHの安定性を得るには複雑な制御が必要であり、その実現は難しかった。
【０００５】
以上述べたことから明らかなように、ＰＲ等の荷電レセプタの特性は、印刷装置の全機能にとり、またそれにより生成される画像の最終品質にとり、重要である。数千枚もの画像を印刷した末にＰＲ上に残る電気的ストレスはＰＲを有意に劣化させ、この劣化につれてそのマシンにより生成される画像の品質も大きく劣化する。従って、電子写真プリンタ及びコピアを実用するに当たってはＰＲを周期的に交換する必要があるが、それには多くの費用がかかる。このようなことから、ＰＲ特に初期設置したＰＲの寿命を顕著に延長できる方法及びシステムが望まれている。
【０００６】
特許文献１及び２においては、電子写真プリンタにおけるＰＲ荷電用の荷電装置が開示されている。この装置においては、ＰＲを初期荷電するバイアスロールと組み合わせて、ダイオード及び抵抗からなる特殊なクリッピング回路が使用されている。このクリッピング回路は、バイアスロールに（バイアスロールによるＰＲ荷電を介してひいてはＰＲに）印加される発振電圧を、クリッピングする機能を有している。このクリッピングの長期的な効果は、ＰＲに残る電気的ストレスを抑え、ひいてはＰＲの劣化速度を抑えることである。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５５４３９００号明細書
【特許文献２】米国特許第５６１３１７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここに、本発明の発明者は、ＰＲ摩耗の鍵となるのが交流電流であるという知見に達し、ＶPPを低下させることではなく（“時間軸に沿い”）交流デューティサイクルを低減させることにより交流電流を低減させる、というアプローチを開発・採用するに至った。発明者が提案するのは、“バースト変調された”ＢＣＲ荷電直流オフセット交流波形である。この波形は、周波数Ｆ１の交流波形（キャリア）を周波数Ｆ２のバーストによりゲートオン／オフすることにより、得ることができる（波形のうち交流の部分がゲートオフにより得られる部分である）。直流バイアスは全期間に亘って保持される。その結果として、ＶPP及びＩACから独立した安定なＶHが得られ、また直流バイアスにより安定的にＶHを設定できることとなる。デューティサイクルを減らすとＰＱ上にどのような影響が及ぶか、また対応する荷電特性にはどのような影響が及ぶかに関し、本発明の発明者は検討を行い、（良好なハーフトーン均質性や受容できる低背景雑音等の）ＰＱ特性を良好に保持しつつＰＲ摩耗寿命を改善するにはキャリア周波数（交流周波数）及びバースト周波数（ゲーティング周波数）をどのような値に設定すればよいかに関し、新たな知見に達した。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、電子写真印刷装置の基本的構成要素を簡略化して示す立面図である。周知技術に従い、図示例に係る電子写真印刷装置は回転ドラムの形態を採る回転可能なＰＲ１０を備えており、その周りに設けられている一連のステーションによって所望の印刷対象画像が生成される。まず、ＰＲ１０の表面は荷電ユニット５０を構成する荷電デバイス１２により荷電される。この荷電デバイス１２は、例えばコロトロン等、各種のイオン発生装置により実現できる。本願では、バイアス印加を受けて荷電動作を実行するロール状の荷電デバイス１２のことをバイアス荷電ロール（ＢＣＲ）と呼んでいる。ＢＣＲ１２はＰＲ１０の表面に（その長さ方向に亘り）接触して回転し、ＰＲ１０の表面を所定均一強度で荷電させる。均一荷電の後、ＰＲ１０の表面は露出デバイス１４により画像に従って放電される。周知の通り、露出デバイス１４は、その出力がディジタルデータに従い変調されているスキャニングレーザや、（アナログコピア等で用いられているように）ハードコピー原画像をＰＲ１０の表面に露出させる他のデバイス、例えばＬＥＤアレイ、イオン源、レンズ群等により、実現することができる。
【００１０】
露出の後、ＰＲ１０上の画像が形成されたエリア（即ち特定の形態、特定の極性により荷電／放電されたエリア。どのような形態・極性かは設計による）は、現像ユニット１６により現像される。現像ユニット１６は、通常、トナー（及びそのキャリア）の供給源１８を含んでいる。現像の後、ＰＲ１０上の画像は印刷シートに転写される。印刷シートは図中のプロセス方向Ｐに沿い動いており、画像の転写は転写ステーション２０において行われる。転写ステーション２０は、例えば、印刷シートがＰＲ１０上のエリアに接触するのにつれて所定の電荷をＰＲ１０上に与え、それによってＰＲ１０上のトナーを印刷シート上に転写させる。
【００１１】
印刷シートはフューザ２２を通る。フューザ２２は、周知の通り、トナーイメージを印刷シート上に永久的に固着させる。最後に、転写ステップ実行後にＰＲ１０の表面に残留しているトナーは、クリーニングデバイス２４によりＰＲ１０上から除去される（例えば掻き落とされる）。
【００１２】
本発明と特に関係のある部材としては、ＢＣＲ１２等の荷電デバイスに関わる“補正”回路３０が、ＢＣＲ１２と電源４０との間に設けられている。なお、図では電源４０が補正回路３０のみに接続されているが、電源４０から補正回路３０以外への電力供給も可能であることは、言うまでもない。補正回路３０がその本来の目的としている動作は、電源４０によりＢＣＲ１２上に印加されるバイアス中の交流成分ピーク電圧を低減することである。特許文献２にて概論した通り、この動作即ち交流成分ピーク電圧“クリッピング”の利点は、ＰＲ１０が電気的ストレス例えば急峻な荷電／放電にさらされることを防ぎ、ＰＲ１０における電気的特性の劣化を緩和軽減できることである。大まかには、このようにして電気的ストレスを軽減することにより、ＰＲ１０の実用寿命を延長することができる。
【００１３】
図２Ａに、ＤＣ１２マシン（サイクリックカラーエンジン、プロセススピード２２０ｍｍ／ｓｅｃ、４８ｐｐｍ）によるＢＣＲプリントテストにおいて用いた従来型交流ＢＣＲ励起波形を示す。Ｂゾーンにおける直流オフセットは−５７０Ｖ、ＶPPは２．０ｋＶ、ＩACは３．５ｍＡ、周波数Ｆは１．６ｋＨｚである。図２Ｂに、本願にて提案するバースト変調波形を示す。この波形において、ＤＣバイアス上に重畳されているのはキャリア周波数がＦ１（周期がＴ１）の交流波形であり、バースト周波数Ｆ２（周期Ｔ２）にてゲートオン／オフされている。バースト周期Ｔ２＝１／Ｆ２に対する交流時間Ｔ１＝１／Ｆ１の比率を、交流デューティサイクルと呼ぶ。交流波形部分に含まれる交流周期数は何周期であってもかまわない。本願にて提案する波形の特徴は、直流バイアスが保持されつつ交流波形がゲートオフされ、その期間は交流電流が０になることである。その結果として、平均交流電流は、従来のＢＣＲ荷電にて用いられている常時オンの交流波形に比べ、低減されている。
【００１４】
図３Ｂ及び図３Ｃに、従来型ＢＣＲ荷電及びバースト変調ＢＣＲ荷電におけるＶH−ＶPP特性及びＶH−ＩAC特性を示す。図３Ｂ及び図３Ｃ中の丸印は従来型ＢＣＲ荷電における特性を示しており、この特性におけるＶHは、ＶPP及びＩACの上昇につれて上昇し、ＶPPがあるしきい値Ｖthに達した後は平坦に保たれている。ＢＣＲ荷電は、原理上、ＶPPが平坦な領域内であればどのような電圧でも実行することができる。しかしながら、通常、背景を消去しハーフトーン均質性を改善するためには、ＶPPを背景消失点よりも高くして動作させる必要があり、この背景消失点はＶthより幾分高い。例えば、Ｔｏｋａｉ−２ｂｂ  ＢＣＲ（商品名）は、Ｖthより２０〜３０％程高い背景消失点を有している。
【００１５】
バースト変調ＢＣＲ荷電を特徴づけるところの交流デューティサイクル可変制御には、二通りのやり方がある。そのうちメソッド１は、バーストレートＦ２を固定しキャリア周波数Ｆ１を変化させるという方法であり、もう一つのメソッド２は、キャリア周波数を固定しバーストレートを変化させるという方法である。メソッド１がどのような電気的効果をもたらすかを図３Ｂ及び図３Ｃに示す。図３Ｂ及び図３Ｃ中のシンボルのうち丸以外のものは、バースト周波数Ｆ２を１．６ｋＨｚに固定しキャリア周波数Ｆ１を２．０ｋＨｚから４．８ｋＨｚまで変化させたときのバースト変調ＢＣＲ荷電の結果を表している。デューティサイクルが高いとき例えばＦ１＝２．０ｋＨｚのときは、荷電動作は従来型交流荷電のそれに近い動作である。キャリア周波数が高まりデューティサイクルが低減されてくると、荷電動作は非理想的になっていく。キャリア周波数が高いとき例えば４．８ｋＨｚであるときには、ＢＣＲにおける荷電緩和時間によって荷電効率が制限され、図３Ｂ及び図３Ｃから判読できるように安定なＶHを得にくくなる。更に、ＶHまで荷電することが不可能であるために、画像品質が貧弱になり背景雑音が増加する結果となる。そのため、低い交流デューティサイクルを得るべくキャリア周波数を非常に高くすることは、避けねばならない。キャリア周波数の実際的な上限値は、Ｔｏｋａｉ−２ｂｂ  ＢＣＲ（商品名）について言えば約２．４〜３．２ｋＨｚであろう。
【００１６】
図４Ｂ及び図４Ｃに、メソッド２により交流デューティサイクルを変化させた場合における荷電結果を示す。図４Ｂ及び図４Ｃ中、丸印は従来型交流ＢＣＲ荷電におけるＶH−ＶPP特性及びＶH−ＩAC特性をプロットしたものである。また、図４Ｂ及び図４Ｃ中、丸印以外のシンボルはバースト変調ＢＣＲ荷電の結果、特に、キャリア周波数Ｆ１を１．６ｋＨｚに固定しバースト周波数を１．３ｋＨｚから１．０ｋＨｚへと減らして交流デューティサイクルを８０％から６３％へと変化させたときの結果を、プロットしたものである。デューティサイクルが高いときには、バースト変調ＢＣＲ荷電による特性は従来型即ち正弦波によるＢＣＲ荷電のそれに近いものである。しかし、キャリア周波数Ｆ１＝１．６ｋＨｚにおいては、ＢＣＲは緩和時間制限的でないため、バースト周波数を高めてもＶH−ＶPP荷電極性には影響が及ばず、Ｖthが低下する限りにおいてＶH−ＩAC荷電曲線には好ましい影響が及ぶ。その理由はまだ明らかでない。
【００１７】
図５に、ＤＣ１２マシンにおいて印刷を実行することによって得た摩耗試験データを、従来型ＢＣＲ荷電及びバースト変調ＢＣＲ荷電それぞれについて示す。試験における従来型ＢＣＲ荷電及びバースト変調ＢＣＲ荷電に共通の条件は次の通りである。まず、Ｔｏｋａｉ−２ｂｂ  ＢＣＲをＢＣＲホルダ内に約９００グラムノーマルフォースにて実装し、ＤＣ１２マシン内に組み込んだ。組込先のエリアは、通常であればワイヤ・スコロトロンにより占められているエリアである。また、カラートナー及び現像剤としては標準的なものを使用した。クリーニングブレードとしては通常のものを使用し、標準的な干渉度(interference)（１．１ｍｍ）及びブレード設定角（２２度）を用いた。ドラム対ＰＲの角度は両試験間で同一とした。試験は双方とも実験室環境下、即ち華氏６８〜７０度、室内湿度３０〜５０％の環境下で行われた。従来型交流正弦波ＢＣＲ荷電摩耗試験における使用波形パラメータは周波数Ｆ＝１．６ｋＨｚ、直流オフセットＶdc＝−５７０Ｖ、ピーク・トゥ・ピーク電圧ＶPP＝２．０ｋＶであり、これによって交流電流ＩACは３．５ｍＡとなった。対応するバースト変調ＢＣＲ荷電摩耗試験における波形パラメータはキャリア周波数Ｆ１＝１．６ｋＨｚ、バーストレートＦ２＝１．２ｋＨｚ、ＶPP＝２．０ｋＶであり、これによってＩACは３．０ｍＡとなった。各計測に際しては新品のＢＣＲを使用した。摩耗試験はＶPPを一定にして行い、交流デューティサイクルを低減していきその効果を調べた。図５に示したのは。そのようにして得られた摩耗データである。曲線の始まり部分（破線）はバースト変調ＢＣＲ荷電により得られた摩耗データを示している。曲線のうち高い勾配を有する第２の部分は従来型交流正弦波ＢＣＲ荷電により得られた摩耗データを示している。このデータから、バースト変調ＢＣＲ荷電及び通常正弦波ＢＣＲ荷電について摩耗率を計算すると、それぞれ５１ｎｍ／キロプリント及び６３ｎｍ／キロプリントとなる。言い換えれば、バースト変調波形の使用により、２３％の摩耗率改善が達成されている。このことから、上掲の試験における７５％というデューティサイクル値を更に５０％まで下げれば、摩耗率が更に改善されるものと期待される。後に示すように５０％デューティサイクルにおけるハーフトーン均質性及び背景が許容可能なものであるから、予測されているこの摩耗率改善がＰＱの劣化を伴うようなことはないものと期待できる。また、ＢＣＲ汚濁に関しては、バースト変調ＢＣＲ摩耗試験及び従来型交流摩耗試験における３０〜４５キロプリント後のＢＣＲ間汚濁レベルに、有意差が見受けられなかった。これは、低デューティサイクルにおいてさえ交流が連続的に加わり、表面から荷電汚濁物が除去されるのに十分であることからすれば、驚くほどのことではない。
【００１８】
ＰＱについては交流デューティサイクルの関数として検討を行った。その結果、従来型ＢＣＲ荷電にて現れていたような劣化は、ＰＱ属性たるハーフトーン均質性、背景及び線密度のそれぞれにおいて、ほぼ全ケースで観測されないことが判明した。次の表
【表１】
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に、その結果の概要を示す。共通の試験条件は、Ｖdc＝−５７０Ｖ、ＶPP＝２．０ｋＶ（一定）とし、ＰＲとしてはＰＴＦＥ充填型ＯＰＣ実験機を用いた。バースト周波数は１．６ｋＨｚ一定とし、キャリア周波数を２．０ｋＨｚから３．２ｋＨｚに（即ちデューティサイクルを８０％から５０％に）変化させたとき、ＰＱは表中の「制御」即ち従来型交流ＢＣＲ荷電におけるそれと等価になった。しかしながら、キャリア周波数を４．８ｋＨｚまであげたとき（即ちデューティサイクルを３３％にしたとき）、厳しい背景雑音を伴うＰＱとなった。これは、このＢＣＲにおける緩和時間制限によってＶHを保持できなくなったためである。また、キャリア周波数を１．６ｋＨｚに固定しバースト周波数を１．３ｋＨｚから１．０ｋＨｚへと変化させたとき（即ちデューティサイクルを８０％から６３％へと変化させたとき）も、ＰＱは良好であった。キャリア周波数が１．６ｋＨｚであればは荷電はＢＣＲ緩和時間による制限を受けず、恐らくは１ｋＨｚより低いバースト周波数でも実用できるであろう。バースト周波数の下限は印刷する枚数によるであろう。ＰＱと摩耗とがバランスするようなキャリア周波数及びバースト周波数の最適値は得ていないが、自明な如く、当該最適値はプロセススピード及びＢＣＲの電気的特性（例えば緩和時間）に依存するであろう。
【００１９】
低い交流デューティサイクルを用いれば、ＢＣＲ荷電におけるプロセススピードをのばせる（スピード上の制限を緩和できる）ものと期待できる。発明者は、Ｃゾーンにおいても、ＤＣ１２マシンにおける４８ｐｐｍでの高品質ＰＱによるＢＣＲ荷電をルーチン的に行った。低デューティサイクル及び導電性ＢＣＲを用いれば、バースト変調荷電により、より高くまで（例えば６０ｐｐｍまで）プロセススピードをのばすことができる。
【００２０】
バースト変調波形は、また、ブレード、フィルム、ベルト、チューブ、磁気ブラシチャージャ等、他種の接触式荷電部材にも適用できる。そして、励起に正弦波を用いる必要はなく、矩形波や三角波を用いることもできる。
【００２１】
要点を繰り返して言うと、本願によれば、クリップバイアスＢＣＲ波形やパルスバイアスＢＣＲ波形とは異なる荷電システムが提供される。本発明に係るバースト変調ＢＣＲ荷電によれば、従来型ＢＣＲ荷電が有している特性のうち望ましい電気的特性、即ち（ＶPP及びＩACから独立している）安定なＶH並びに直流オフセットバイアスによるＶH設定という特性が、得られる。バースト変調ＢＣＲ荷電の主たる利点は、交流デューティサイクル及び交流電流を減らすことによって、ＰＱに対し不利益な影響を及ぼすことなしに、ＰＲの摩耗が低減されることである。かかる顕著な摩耗低減は、試験したものより低いデューティサイクルを有する波形によっても得られるものと、期待できる。またこの技術は汚濁にも感受的でない。そして、バースト変調ＢＣＲ荷電はＢＣＲ荷電におけるプロセススピードをよりのばすにも、役立つ。
【００２２】
本願においては、特定の実施形態を参照して本発明の説明を行った。しかしながら、理解されるべきことに、本発明の本質及び技術的範囲を逸脱することなく、当該実施形態を変形することができる。本発明の技術的範囲は、別紙特許請求の範囲に記載されている通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を実装し得る電子写真プリンタの基本的構成要素を示す簡素化した立面図である。
【図２Ａ】ＢＣＲプリントテストに使用した従来の交流ＢＣＲ励起波形を示す図である。
【図２Ｂ】ＢＣＲプリントテストに使用した本発明に係るバースト変調ＢＣＲ励起波形を示す図である。
【図３Ａ】ＢＣＲプリントテストに使用した本発明に係るバースト変調ＢＣＲ励起波形を示す図である。
【図３Ｂ】従来型ＢＣＲ荷電及びメソッド１バースト変調ＢＣＲ荷電についてＶH−ＶPP特性を示す図である。
【図３Ｃ】従来型ＢＣＲ荷電及びメソッド１バースト変調ＢＣＲ荷電についてＶH−ＩAC特性を示す図である。
【図４Ａ】ＢＣＲプリントテストに使用した本発明に係るバースト変調ＢＣＲ励起波形を示す図である。
【図４Ｂ】従来型ＢＣＲ荷電及びメソッド２バースト変調ＢＣＲ荷電についてＶH−ＶPP特性を示す図である。
【図４Ｃ】従来型ＢＣＲ荷電及びメソッド２バースト変調ＢＣＲ荷電についてＶH−ＩAC特性を示す図である。
【図５】ＤＣ１２マシンにてプリントを実行させたときに得られた従来型ＢＣＲ荷電及びバースト変調ＢＣＲ荷電についての摩耗状況を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１０  フォトレセプタ、１２  荷電デバイス又はバイアス荷電ロール（ＢＣＲ）、３０  補正回路、４０  電源、Ｆ１  キャリア周波数、Ｆ２  バースト周波数。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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